En sjælden bedrift:Materiale beskytter mod både biologiske og kemiske trusler

Et forskningshold fra Northwestern University har udviklet et alsidigt kompositstof, der kan deaktivere både biologiske trusler, såsom den nye coronavirus, der forårsager COVID-19, og kemiske trusler, som dem, der bruges i kemisk krigsførelse. Et materiale, der er effektivt mod begge klasser af trusler, er sjældent.

Materialet er også genanvendeligt. Det kan genoprettes til sin oprindelige tilstand, efter at stoffet har været udsat for trusler ved en simpel blegebehandling. Det lovende stof kunne bruges i ansigtsmasker og andet beskyttende tøj.

"At have et bifunktionelt materiale, der har evnen til at deaktivere både kemiske og biologiske giftige stoffer, er afgørende, da kompleksiteten til at integrere flere materialer for at udføre jobbet er høj, " sagde Northwesterns Omar Farha, ekspert i metal-organiske rammer, eller MOF'er, som er grundlaget for teknologien.

Farha, en professor i kemi ved Weinberg College of Arts and Sciences, er en medkorresponderende forfatter til undersøgelsen. Han er medlem af Northwesterns International Institute for Nanotechnology.

MOF/fiberkompositten bygger på en tidligere undersøgelse, hvor Farhas team skabte et nanomateriale, der deaktiverer giftige nervestoffer. Med nogle små manipulationer, forskerne var også i stand til at inkorporere antivirale og antibakterielle midler i materialet.

MOF'er er "sofistikerede badesvampe, " sagde Farha. Materialerne i nanostørrelse er designet med en masse huller, der kan fange gasser, dampe og andre midler, som en svamp fanger vand. I det nye kompositstof, MOF'ernes hulrum har katalysatorer, der kan deaktivere giftige kemikalier, vira og bakterier. Det porøse nanomateriale kan nemt coates på tekstilfibre.

Undersøgelsen blev offentliggjort for nylig i Journal of the American Chemical Society ( JACS ).

Forskerne fandt ud af, at MOF/fiberkompositten udviste hurtig aktivitet mod SARS-CoV-2 og både gram-negative bakterier (E. coli) og gram-positive bakterier (S. aureus). Også, den aktive klorfyldte MOF/fiberkomposit hurtigt nedbrudt svovlsennepsgas og dens kemiske simulator (2-chlorethylethylsulfid, CEES). Nanoporerne i MOF-materialet, der er coatet på tekstilet, er brede nok til at tillade sved og vand at slippe ud.

Kompositmaterialet er skalerbart, Farha tilføjede, da det kun kræver grundlæggende tekstilforarbejdningsudstyr, der i øjeblikket anvendes af industrien. Når det er inkorporeret i en ansigtsmaske, materialet skal kunne fungere begge veje:beskytte maskebæreren mod virus i hans eller hendes nærhed samt beskytte personer, der kommer i kontakt med en inficeret person, der bærer masken.

Forskerne var også i stand til at udvikle en forståelse af materialets aktive steder ned til atomniveau. Dette giver dem og andre mulighed for at udlede struktur-egenskabsforhold, der kan føre til skabelsen af ​​andre MOF-baserede kompositter.

Titlen på papiret er "Immobiliseret regenererbart aktivt klor i en zirconium-baseret MOF-tekstilkomposit for at eliminere biologiske og kemiske trusler." Yuk Ha Cheung fra Hong Kong Polytechnic University og Kaikai Ma fra Northwestern University er de første forfattere af papiret. Ma er også en medkorresponderende forfatter.